Медь, цинк, железо, хром, марганец как простые вещества, их физ. и хим. свойства

Особенности строения атомов d-элементов

К d-элементам относят те элементы, атомы которых содержат валентные электроны на (n – 1) d ns -уровнях и составляют побочные (IIIВ–VIIВ, IВ, IIВ) подгруппы, занимая промежуточное положение между типичными s -металлами (IА, IIА) и p -элементами. Из 109 элементов периодической системы 37 относятся к d -элементам; из них последние 7 радиоактивны и входят в незавершенный седьмой период. Электронное строение атомов d -элементов определяет их химические свойства. 3 d -Элементы по химическим свойствам существенно отличаются от 4 d - и 5 d -элементов. При этом элементы IVВ–VIIВ подгрупп очень схожи по многим химическим свойствам. Это сходство обусловлено лантаноидным сжатием, которое из-за монотонного уменьшения радиусов при заполнении 4 f -орбиталей приводит к практическому совпадению радиусов циркония и гафния, ниобия и тантала, молибдена и вольфрама, технеция и рения. Элементы этих пар очень близки по физическим и особенно по химическим свойствам; первые шесть элементов встречаются в одних рудных месторождениях, трудно разделяются; их иногда называют элементами-близнецами.

Атомы d -элементов характеризуются общей электронной формулой (n – 1) d ^1–10 ns ^0–2. Некоторые из тяжелых d -элементов не являются полными электронными аналогами. В табл. 8.10 приведены электронные формулы всех d -элементов и возможные степени окисления, проявляемые ими. Увеличение числа электронов иногда сопровождается немонотонностью заселения d -орбиталей. Это обусловлено сближением энергий (n – 1) d - и ns -орбиталей и усилением межэлектронного взаимодействия к концу периода.

Наиболее тугоплавки металлы VВ и VIВ подгрупп. У них заполняется электронами половина d -подуровня и реализуется максимально возможное число неспаренных электронов, а следовательно, наибольшее число ковалентных связей. Дальнейшее заполнение приводит к уменьшению числа ковалентных связей и падению температур плавления.

Вследствие незаполненности d -оболочек и наличия близких по энергии незаполненных ns - и np -уровней, d -элементы склонны к комплексообразованию; их комплексные соединения, как правило, окрашены и парамагнитны.

d -Элементы чаще, чем элементы главных подгрупп, образуют соединения переменного состава (оксиды, гидриды, карбиды, силициды, нитриды, бориды). Кроме того, они образуют сплавы между собой и с другими металлами, а также интерметаллические соединения.

Медь, цинк, железо, хром, марганец как простые вещества, их физ. и хим. свойства

Простое вещество медь - это пластичный переходный металл золотисто-розового цвета (розового цвета при отсутствии оксидной плёнки). C давних пор широко используется человеком.

Медь — золотисто-розовый пластичный металл, на воздухе быстро покрывается оксидной плёнкой, которая придаёт ей характерный интенсивный желтовато-красный оттенок. Тонкие плёнки меди на просвет имеют зеленовато-голубой цвет.

Наряду с осмием, цезием и золотом, медь — один из четырёх металлов, имеющих явную цветовую окраску, отличную от серой или серебристой у прочих металлов.

Медь обладает высокой тепло- и электропроводностью

Простое вещество цинк при нормальных условиях — хрупкий переходный металл голубовато-белого цвета(тускнеет на воздухе, покрываясь тонким слоем оксида цинка).

В чистом виде — довольно пластичный серебристо-белый металл. При комнатной температуре хрупок, при сгибании пластинки слышен треск от трения кристаллитов (обычно сильнее, чем «крик олова»). При 100—150 °C цинк пластичен. Примеси, даже незначительные, резко увеличивают хрупкость цинка.

Простое вещество хром — твёрдый металл голубовато-белого цвета. Хром иногда относят к чёрным металлам.

В свободном виде — голубовато-белый металл, один из самых твердых чистых металлов (уступает только иридию, бериллию, вольфраму и урану). Очень чистый хром достаточно хорошо поддаётся механической обработке.

Устойчив на воздухе за счёт пассивирования. По этой же причине не реагирует с серной и азотной кислотами. При 2000 °C сгорает с образованием зелёного оксида хрома(III) Cr₂O₃, обладающего амфотерными свойствами.

Синтезированы соединения хрома с бором (бориды Cr₂B, CrB, Cr₃B₄, CrB₂, CrB₄ и Cr₅B₃), с углеродом (карбиды Cr₂₃C₆, Cr₇C₃ и Cr₃C₂), c кремнием (силициды Cr₃Si, Cr₅Si₃ и CrSi) и азотом (нитриды CrN и Cr₂N).

Простое вещество железо — ковкий металл серебристо-белого цвета с высокой химической реакционной способностью: железо быстро корродируетпри высоких температурах или при высокой влажности на воздухе. В чистом кислороде железо горит, а в мелкодисперсном состоянии самовозгорается и на воздухе.

Собственно, железом обычно называют его сплавы с малым содержанием примесей (до 0,8 %), которые сохраняют мягкость и пластичность чистого металла. Но на практике чаще применяются сплавы железа с углеродом: сталь (до 2,14 вес. % углерода) и чугун (более 2,14 вес. % углерода), а также нержавеющая (легированная) сталь с добавками легирующих металлов (хром,марганец, никель и др.). Совокупность специфических свойств железа и его сплавов делают его «металлом № 1» по важности для человека.

В природе железо редко встречается в чистом виде, чаще всего оно встречается в составе железо-никелевых метеоритов. Распространённость железа в земной коре — 4,65 % (4-е место послеO, Si, Al^[3]). Считается также, что железо составляет бо́льшую часть земного ядра.

Железо — типичный металл, в свободном состоянии — серебристо-белого цвета с сероватым оттенком. Чистый металл пластичен, различные примеси (в частности — углерод) повышают его твёрдость и хрупкость. Обладает ярко выраженнымимагнитными свойствами.

Простое вещество марганец — металл серебристо-белого цвета. Наряду с железом и его сплавами относится к чёрным металлам.

Марганец - серебристо-белый металл, плотность его 7,2 г/см³. Он твердый и хрупкий, при 1260 град. С плавится, а при 2120 град. С закипает. На воздухе металл покрывается пестрыми пятнами оксидной пленки, которая предохраняет его от дальнейшего окисления.

Дата добавления: 2015-07-11